实验题目：无线传输系统设计

苏州大学电子信息学院 方二喜、周鸣籁

1. 课程简要信息

课程名称：电子线路实验
课程学时：54 学时
项目学时：27 学时
适用专业：电子信息类
学生年级：三年级、第 5 学期

2. 实验内容与任务（限 500 字，可与“实验过程及要求”合并）

项目需要完成的任务（如需要观察的现象，分析某种现象的成因、需要解决的问题等）；是否设计有不同层次的任务。

设计并制作图 1 所示的无线传输系统，由发射和接收模块组成，采用无线电传输低频信号。发射模块发射特定频率的正弦波 V1，接收模块输出与 V1 频率相同的正弦波 V2，V1、V2 幅度可以不同。

图 1无线传输系统结构

1）无线收发采用模拟调幅或调频技术。

2）接收模块采用电池供电，总功耗小于 $0 . 5 \mathrm { W }$ ，预留供电电流测试端。发送模块供电方式不限。

3）信号接收端 V2 峰峰值大于 4V。V1、V2 为单极性或双极性波形，V1、V2 处预留测试端。

4）载波和本振可为正弦波或方波，但不能使用单片机或有源晶振产生。

5）可采用模拟收发芯片或分立元件，但不得采用无线收发组件、模块或数字收发芯片。

6）使用通用或自制 PCB，不得使用套件、成品。

电路的具体参数要求见表 1，其中 N 为学生学号后两位（01~60）。

表 1 电路参数要求

3. 实验过程及要求（限 300 字）

如对学生在实验过程中在需求分析、资料查询、自学预习、思考讨论、方法设计、进程规划、软件仿真、平台构建、器件选择、表格设计、现象观察、数据测试、问题分析、总结报告、验收答辩、演讲交流等各方面的要求。

1）学习振幅调制与解调、频率调制与解调的相关理论与方法。
2） 利用图书馆、网络等电子资源，查阅相关资料。
3） 学生根据自己的序号，分析题目要求，设计不同参数的无线传输系统，提出设计草案。
4） 软件仿真各电路模块，对方案论证比较，确定设计方案。
5） 提交设计方案，逐个进行 PPT 答辩。
6） 限定每个学生的元器件采购经费，学生自行采购元器件（发票报销），采用万能板或自制 PCB
板，在焊接室进行焊接调试。
7） 建立测试环境，调试各电路模块，最终进行系统收发联调。
8） 分析测试数据，根据设计要求优化设计方案。
9） 对照作品测试评分标准，进行实物测试。
10）对照设计报告的评分标准，撰写设计报告。

4. 相关知识及背景（限 150 字）

项目涉及所需的知识方法、实践技能、应用背景、工程案例。

1）相关知识

运用低频和高频模拟电路的理论，解决无线通信系统的设计问题，涉及电路设计和仿真软件、PCB 制作工艺、贴片元件焊接、仪器使用、调试等技能。

2）背景

本实验属于校教改项目《面向”一流本科”的电子信息类专业一体化实验实践体系构建与探索》，可在此基础上完成后续《通信原理》、《通信系统设计与实践》的实验。

5. 实验环境条件

项目实施需要实验资源，包括实验装置功能、实验仪器设备、设计软件工具、主要电子元器件等。

1）仪器设备数字示波器、高频信号发生器、直流稳压电源、数字万用表、计算机

2）软件工具Multisim、Altium Designer

3）主要电子元器件电阻、电容、电感、二极管、三极管、运放、功放、模拟乘法器、锁相环等。

6. 教学目标与目的（限 150 字）

如学习、运用知识、技术、方法等；培养、提升技能、能力、素质等。

1）培养学生低频和高频模拟电路的设计能力和实验研究能力。
2）强化理论和工程实践的差异，了解元器件离散性、分布参数、接地、前后级耦合、自激等相关知识。
3）掌握正弦波信号产生、模拟信号调制与解调、无线信号发射与接收、高频小信号放大、混频等电路的设计与调试。
4）培养学生发现、分析和解决实际问题的能力，勇于探索创新、不怕挫折。

7. 教学设计与实施进程

课堂知识讲解、方法引导、背景解释；实验中的方法指导，问题设置、思路引导等。教学模式、实验渠道、研讨主题、观察节点、验收重点、质询问题等方面设计等。实验实施进程的各个环节（如任务安排、预习自学、现场教学、分组研讨、现场操作、结果验收、总结演讲、报告批改等）中教学设计的思路、目的，教师、学生各自需要完成的工作任务，需要关注的重点与细节。

教学实施进程如表2所示。

表 2教学实施进程

8. 实验原理及方案

实验的基本原理、设计依据、完成任务的思路方法，可能采用的方法、技术、电路、器件。

本系统电路有多种技术方案可供选择，可根据不同的性能指标要求，合理选择电路类型。参考电路设计如图 2 所示。

图 2 系统设计电路参考方案

正弦波产生电路：采用文氏电桥运放、集成振荡芯片、分立元件 LC 振荡，产生固定频率的正弦波波。

载波振荡电路：采用 BJT/MOS构成西勒振荡器、克拉泼振荡器，或采用 VCO、PLL 芯片。

振幅调制电路：采用二极管/模拟开关构成的斩波调幅、集电极调幅、模拟乘法器调幅。设计时注意选择合理的调幅度。

频率调制电路：采用变容二极管调频，或采用 VCO、PLL 芯片调频。设计时注意选择合理的频偏。

功率放大电路：采用 BJT/MOS构成甲类、乙类、丙类功率放大，或采用高频功放芯片，并设计天线端阻抗匹配和滤波电路参数。

高频小信号放大电路：采用 BJT/MOS 构成谐振放大器，或采用 LNA 芯片，并设计谐振回路参数。

混频电路：采用二极管/模拟开关构成的开关混频、BJT/MOS混频、模拟乘法器混频、专用混频芯片。

检波电路：采用二极管/三极管包络检波、同步检波，根据方波调制信号的谐波特性，合理设计检波电路参数。

鉴频电路：采用乘法器相位鉴频、锁相环鉴频、斜率鉴频、脉冲计数式鉴频，根据方波调制信号的谐波特性，合理设计鉴频范围。

低频放大电路：采用 BJT/MOS 或运放构成放大器。

接收和发射模块也可以采用集成度更高的模拟芯片，并建议尽可能使用芯片来实现。

9. 实验报告要求

需要学生在实验报告中反映的工作（如：实验需求分析、实现方案论证、理论推导计算、设计仿真分析、电路参数选择、实验过程设计、数据测量记录、数据处理分析、实验结果总结等等），如：

实验报告的撰写要求和评分标准如表 3 所示。

表 3 实验报告评分标准（总分 40 分）

10.考核要求与方法（限 300 字）

考核的节点、时间、标准及考核方法。

考核在期末进行，依据设计制作、报告撰写 2个环节评分，设计制作 60 分，报告撰写 40 分。

设计制作部分评分标准详见下述附件 A，报告部分评分标准详见《实验报告要求部分》。

为避免学生抄袭，设计雷同，给出了设计方案相似度计算方法，见下述附件 B。

附件 A 《无线传输系统》设计制作部分评分标准

设计制作（总分 60 分），根据电路原理难度、安装工作量、调试工作量、制作工艺、完成程度4 个方面评分。

a. 电路原理难度(5 分）

注：1 个晶体管、1 片中小规模集成电路（如单运放， 74 系列 TTL 电路，4000 系列CMOS 电路）计为一个功能模块。

大规模集成电路计算其内部功能模块个数，并结合引脚数：

b. 安装工作量（5 分）

每个自制元件（如电感、中周）增加 1 分。

c. 调试工作量（4 分）

非必要的可调元件不计数，并倒扣 1~2 分。涉及高频、无线收发的电路，增加 2 分。
涉及反馈控制的电路（如锁相环），增加 2 分。

d. 制作工艺（6 分）

e. 完成程度（40 分）

附件 B 作品设计方案相似度计算

a. 相似度计算

根据各模块使用的电路图（或芯片型号），对班级进行统计汇总，填写 Excel 表格，然后计算相似度。

$$ s = \frac { 1 } { N } \sum _ { i = 1 } ^ { N } \frac { K _ { j } - 1 } { M _ { i } } $$

s — 相似度，0~1
Mi — 设计电路模块 i 的总人数（一般为班级总人数）
$_ \mathrm { N }$ ——电路模块总数

$K _ { j }$ ——电路模块 i 采用相同方案 j 的人数。对于电路模块 i 的 j 种方案，有 $\sum K _ { j } = M _ { i }$ 。

b.最终作品成绩计算最终作品成绩 $G = G _ { 0 } ( 1 - \alpha s )$

$G _ { 0 }$ ——电子作品原成绩，包括制作和报告。$G$ ——计入相似度后的最终作品成绩s ——相似度$\alpha$ —一权重， $0 { \sim } 1$ $\alpha = 0 . 4$ 时的成绩换算公式

11.项目特色或创新（可空缺，限 150 字）

1）在教学方法上，做到理论与实验、线上与线下、课内与课外的有机融合。

2）作为一体化实验实践体系教改项目的一个阶段，实验内容设计中考虑了与前后课程实验的衔接。

3）以作品实现为目标驱动导向，注重实验过程管理与学生自主学习能力提升。

4） 细化和量化评分标准，使之具有可操作性、可重复性，避免实验评分的随意性。

5）每个学生采用不同设计参数，对设计方案进行相似度评价，避免前后届学生、同届学生设计雷同，鼓励学生创新。